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引言:大脑中的性别差异
嘉宾介绍与播客主旨 主持人介绍了本期嘉宾——尼劳·沙阿博士 (Dr. Nirao Shah)。沙阿博士是斯坦福大学医学院精神病学与行为科学及神经生物学系的教授,同时拥有医学博士和哲学博士学位。他的实验室专注于研究大脑中性别差异背后的神经和激素机制。
本期讨论的核心内容包括:
主持人强调,本次讨论将严格围绕生物学层面的性别差异展开,为理解男女在行为、情绪上的不同提供一个有用的科学模板。
大脑中是否存在性别差异:从小鼠到人类的证据
来自小鼠模型的发现
主持人直接向沙阿博士提出了一个核心问题:大脑中是否存在男女差异?
沙阿博士明确回答“是”,并进行了限定。他解释说,他和他人的研究主要基于小鼠模型,在小鼠大脑中已经发现了大量在结构、连接、神经元数量以及基因表达上的差异。
下丘脑的保守性:连接小鼠与人类的桥梁
主持人接着询问,这些基于小鼠的研究成果在多大程度上可以推广到人类。
沙阿博士指出,下丘脑是理解这些差异的关键脑区,而这个脑区在小鼠和人类之间具有高度的保守性。
皮层的扩展与基本行为的保留
主持人提到许多人倾向于强调人类与小鼠的巨大差异,
沙阿博士指出,人类的独特性主要体现在大脑皮层的巨大扩展上。这个扩展的皮层赋予了我们更多的“自由度”,让我们能够决定在何时、何地以及如何行动。然而,驱动这些行为的基础结构——如下丘脑和杏仁核——依然是高度保守的。这意味着,人类虽然可以更好地控制或抑制这些本能行为,但行为本身的基础回路是存在的。
激素与基因的相互作用:塑造大脑的两种效应
组织效应与激活效应
主持人引入了“先天与后天” (nature vs. nurture) 的概念,并引出了激素作用的两个关键阶段:组织效应 (organizing effects) 和激活效应 (activating effects)。
沙阿博士解释说,像睾酮、雌激素和孕酮这类类固醇激素,在生命的不同阶段扮演着不同的角色:
性别决定的遗传基础:SRY基因的关键作用
性染色体与SRY基因 主持人引导沙阿博士解释性别差异的遗传源头。
沙阿博士解释了染色体的基本知识:人类有23对染色体,其中22对是男女相同的常染色体,剩下的一对是性染色体。女性是XX,男性是XY。
性别决定的关键,在于Y染色体上一个名为SRY(Y染色体上的性别决定区)的单一基因。
从SRY到性别分化的级联反应 一旦SRY基因启动了睾丸的发育,睾丸就会分泌两种对性别分化至关重要的激素:
双氢睾酮(DHT)的角色 主持人提到了睾酮的衍生物——双氢睾酮 (DHT)。
沙阿博士解释说,DHT由睾酮在5α-还原酶的作用下转化而来,与睾酮作用于相同的雄激素受体,但亲和力要高得多,因此效力更强。DHT对于男性外生殖器的男性化发育至关重要。
性别决定的核心:抑制女性化+促进男性化
对话明确了一个关键点:性别分化是一个双重过程。仅仅有雄激素是不够的。必须有SRY基因的存在,它不仅启动了男性化的进程(通过睾酮和DHT),还同时抑制了女性化的默认通路(通过抗苗勒管激素)。
SRY基因的绝对决定性
SRY的决定性地位 沙阿博士强调,SRY基因的作用是绝对的,甚至超越了Y染色体本身。他列举了几个极具说服力的例子:
结论:如果从生物学角度来定义一个人的遗传性别是男性还是女性,其决定性因素并非Y染色体的存在与否,而是SRY基因的功能性存在与否。
关于女性化的默认通路 主持人提出了一个深刻的问题:既然SRY是男性化的决定性因素,那么女性化是由什么决定的?是SRY的缺席导致身体默认走向女性化,还是存在一个独立的“女性化决定基因”?
沙阿博士回答,至少在哺乳动物中,目前尚未发现任何单一的、决定女性化的基因。目前的主流观点是,存在一个默认的遗传程序,在没有SRY干预的情况下,会自动引导胚胎发育成女性。SRY的作用,就是压制这个默认的女性化程序,并启动男性化程序。
性别决定的进化多样性
SRY基因的特殊性 沙阿博士进一步指出,SRY基因在进化上是一个非常特殊的存在,并非所有脊椎动物的通用性别决定机制。例如,鸟类和果蝇就没有SRY。
激素如何塑造大脑:不可逆的组织效应
经典实验的证据 主持人将话题拉回到激素如何塑造大脑和行为。
沙阿博士引用了20世纪50年代查尔斯·菲尼克斯 (Charles Phoenix) 在豚鼠身上做的经典实验:
小鼠模型的进一步证实 沙阿博士自己的实验室在小鼠身上也得出了类似的结论。由于小鼠的性别分化发生在出生前后,可以在雌性幼鼠出生第一天给其注射睾酮。结果发现,这些雌鼠成年后表现出了雄性特有的领地攻击性。
人类的自然实验:先天性肾上腺皮质增生症 (CAH) 主持人提到了人类中一种可能模拟上述实验的病症——先天性肾上腺皮质增生症 (Congenital Adrenal Hyperplasia, CAH)。
沙阿博士解释说,这是一种由于胎儿自身酶的突变导致的疾病。因为无法正常合成皮质醇,其前体物质被大量分流去合成了雄激素。
大脑分化的差异:神经元数量与连接
细胞死亡的性别差异 沙阿博士解释了激素塑造大脑结构的一种主要机制:性别特异性的细胞死亡。在发育的早期阶段,大脑的某些区域处于双向潜能状态。
差异的分布:二元还是连续? 主持人询问,这些神经元数量的差异是呈现出截然分开的二元分布,还是一个连续的谱系?
沙阿博士回答,这取决于具体的脑区。
激素与行为的复杂关系:自然变异的启示
雄激素不敏感综合征 (AIS)
主持人提到了另一种自然变异的案例:雄激素不敏感综合征 (Androgen Insensitivity Syndrome, AIS)。
“12岁长出阴茎”综合征 另一个例子是缺乏5α-还原酶的个体。
这些案例都强烈地暗示,遗传性别(XX vs XY)在塑造大脑和最终的性别认同中,扮演着极其深刻和根本的角色,其影响力似乎超越了早期的社会化抚养。
大脑中的雌激素:男性化的关键
芳香化作用 沙阿博士揭示了一个常常令人感到惊讶的生物学事实:在啮齿类动物的大脑中,真正起到雄性化作用的,并非睾酮本身,而是由睾酮转化而来的雌激素。
类固醇激素的细胞内作用机制 主持人引导沙阿博士解释了类固醇激素如何发挥作用。
这意味着,激素的作用不仅仅是短期的信号传递,而是能够从根本上改变细胞的分子“指纹” 和长期功能。
大脑可塑性的新发现:超越组织效应
成年雌性大脑中的“隐藏回路”
尽管早期的“组织效应”被认为是不可逆的,但沙阿博士的实验室和哈佛大学的凯瑟琳·杜拉克 (Catherine Dulac) 实验室都发现了一些颠覆性的证据,表明成年大脑中仍存在惊人的可塑性。
成年雄性大脑中的“缺失回路” 与之形成鲜明对比的是,如果给成年雄鼠注射雌激素和孕酮,却无法诱导出雌性的脊柱前凸行为。这表明,控制雌性典型性行为的某些关键连接,在雄性大脑中可能是真正缺失的。
性行为与奖赏回路
发现“性欲开关”神经元 沙阿博士的实验室最近在雄性小鼠的下丘脑视前区,发现了一小群(约2500个)表达速激肽受体1 (Tacr1) 的神经元。这群神经元对性行为的调控起到了惊人的作用。
女性大脑中的月经周期与神经可塑性
回路的动态变化 沙阿博士指出,在雌性啮齿动物中,大脑的神经回路会随着4-5天一次的发情周期发生剧烈的动态变化。
这些发现表明,雌性大脑具有一种雄性大脑所不具备的、由激素周期驱动的深刻的结构和功能可塑性。
对未来的展望:未解之谜
沙阿博士最后分享了他未来最感兴趣的研究方向: